一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器

摘要

本发明涉及一种应用于高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器。其通过设计多层介质薄膜袋，通过双向套装工艺，将沿面闪络的问题转化为介质体击穿的问题，大大提高了脉冲电容器的输出脉冲电压指标。其结构包括绝缘腔体、设置在绝缘腔体内的电容器底座、绝缘薄膜、下电极、环形绝缘支撑板、中间电极、上电极以及高压屏蔽环；电容器底座固定在绝缘腔体底部，电容器底座上表面设置下电极；下电极和上电极之间设置有N个中间电极以及2N+2个环形绝缘支撑板；其中,中间电极上均套装有介质薄膜袋，且套装介质薄膜袋的中间电极真空度为1kpa，气压为0.1Mpa；上电极的上表面安装高压屏蔽环；绝缘腔体内的真空度为100pa，气压为1.6Mpa。

权利要求

1.一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：

包括绝缘腔体、设置在绝缘腔体内的电容器底座、绝缘薄膜、下电极、环形绝缘支撑板、中间电极、上电极以及高压屏蔽环；

电容器底座固定在绝缘腔体底部，电容器底座上表面设置下电极；下电极和上电极之间设置有N个中间电极以及2N+2个环形绝缘支撑板；

其中,中间电极上均套装有介质薄膜袋，且套装介质薄膜袋的中间电极真空度为1kpa，气压为0.1Mpa；

下电极上端面的边缘处、上电极下端面的边缘处以及中间电极上、下两个端面的边缘处均开设有环形气隙凹槽，且环形气隙凹槽的深度与环形绝缘支撑板的厚度相同；

下电极上端面的环形气隙凹槽以及上电极下端面的环形气隙凹槽上均卡装一个环形绝缘支撑板；

中间电极上、下两个端面上均卡装一个环形绝缘支撑板；

下电极与第一个中间电极之间、每个中间电极之间以及第N个中间电极与上电极之间均设置有绝缘薄膜；

上电极的上表面安装高压屏蔽环；

绝缘腔体内的真空度为100pa，气压为1.6Mpa。

2.根据权利要求1所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：还包括连接件以及连接件屏蔽球；连接件的一端穿过高压屏蔽环后插装在上电极内，另一端用于固定连接件屏蔽球。

3.根据权利要求1或2所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：所述绝缘薄膜、介质薄膜袋均选用15微米双向拉伸表面粗化聚丙烯薄膜。

4.根据权利要求3所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：所述环形绝缘支撑板选用聚碳酸脂材料，厚度为0.8mm。

5.根据权利要求4所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：所述上电极、下电极以及中间电极的材料均为304不锈钢，厚度为12mm。

6.根据权利要求5所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：所述下电极、中间电极、上电极、电容器底座均内嵌有永磁铁，下电极与电容器底座之间、各个中间电极之间、上电极与高压屏蔽环之间均为磁铁吸附固定。

7.根据权利要求6所述的高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其特征在于：介质薄膜袋内以及绝缘腔体内的高压气体均为SF6。

说明书

一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电容器，主要涉及一种应用于高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器。

背景技术

[0002] 脉冲功率技术是在时间尺度上对能量进行压缩来获得高功率脉冲。高压快前沿双指数脉冲常采用两级压缩电路来实现，也就是通过Marx电路、中储电路和峰化电路两级脉冲压缩来实现。Marx电路产生几百纳秒的脉冲，中储电路产生几十纳秒脉冲，峰化电路产生几纳秒脉冲。

[0003] 峰化电容器是脉冲功率源的核心部件，为了获得脉冲快前沿，必须减小峰化输出回路的电感。也就是减小输出回路中峰化电容器和输出开关的电感，即减小这两个元件的几何尺寸，但峰化电容器必须能够承受高达几MV的脉冲高压，因此峰化电容器设计的关键在于如何平衡绝缘与电感之间的关系。

发明内容

[0004] 为了解决背景技术中的问题，本发明是针对高压MV级低电感、低阻抗脉冲电容器耐压高、体积小等设计难题和问题，提出了一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，其通过设计多层介质薄膜袋，通过双向套装工艺，将沿面闪络的问题转化为介质体击穿的问题，可大大提高脉冲电容器的输出脉冲电压指标。

[0005] 本发明采用的技术方案：

[0006] 本发明提供了一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，

[0007] 包括绝缘腔体、设置在绝缘腔体内的电容器底座、绝缘薄膜、下电极、环形绝缘支撑板、中间电极、上电极以及高压屏蔽环；

[0008] 电容器底座固定在绝缘腔体底部，电容器底座上表面设置下电极；下电极和上电极之间设置有N个中间电极以及2N+2个环形绝缘支撑板；

[0009] 其中,中间电极上均套装有介质薄膜袋，且套装介质薄膜袋的中间电极真空度为1kpa，气压为0.1Mpa；

[0010] 下电极上端面的边缘处、上电极下端面的边缘处以及中间电极上、下两个端面的边缘处均开设有环形气隙凹槽，且环形气隙凹槽的深度与环形绝缘支撑板的厚度相同；

[0011] 下电极上端面的环形气隙凹槽槽以及上电极下端面的环形气隙凹槽上均卡装一个环形绝缘支撑板；

[0012] 中间电极上、下两个端面上均卡装一个环形绝缘支撑板；

[0013] 下电极与第一个中间电极之间、每个中间电极之间以及第N个中间电极与上电极之间均设置有绝缘薄膜；

[0014] 上电极的上表面安装高压屏蔽环；

[0015] 所述绝缘腔体内的真空度为100pa，气压为1.6Mpa。

[0016] 为了进一步地提高整个电容在高压环境下的屏蔽效果，该电容器还包括连接件以及连接件屏蔽球；连接件的一端穿过高压屏蔽环后插装在上电极内，另一端用于固定连接件屏蔽球。

[0017] 进一步地，上述绝缘薄膜、介质薄膜袋均选用15微米双向拉伸表面粗化聚丙烯薄膜，该厚度薄膜击穿场强高。

[0018] 进一步地，上述环形绝缘支撑板选用聚碳酸脂材料，厚度为0.8mm。

[0019] 上述上电极、下电极以及中间电极的材料均为304不锈钢，厚度为12mm。

[0020] 为了提供使整个电容器的结构更加紧凑，各个零件之间的固定更加可靠，设计更为合理，上述下电极、中间电极、上电极、电容器底座均内嵌有永磁铁，下电极与电容器底座之间、各个中间电极之间、上电极与高压屏蔽环之间均为磁铁吸附固定。

[0021] 进一步地，介质薄膜袋内以及绝缘腔体内的高压气体均为SF6。

[0022] 本发明的有益效果是：

[0023] 本发明基于双向套装工艺的中间电极介质阻挡放电技术、多层中间电极均匀分压的系统电场优化设计等技术解决了高压绝缘与电感之间相互制约的技术难题，大大提高了峰化电容的工作电压，提升了模拟装置输出脉冲电压指标。

[0024] 1、本发明为了提高沿面击穿电压，设计了多层介质薄膜袋，通过双向套装工艺，覆于各个中间电极上，将沿面闪络的问题转化为介质体击穿的问题，同时通过抽真空工艺，抽取介质薄膜袋中的空气，充入高气压SF6等措施，通过该工艺可大大提高电容器每层之间的击穿电压，从而提高电容器的工作电压；

[0025] 2、本发明的电容器结构整体设计为平板型结构，同时电容器主体放置于1.6Mpa高气压绝缘腔体中，大大提高了绝缘薄膜沿面的击穿电压，从而提高电容器的工作电压；

[0026] 3、为了提高电场分布的均匀性，电容器整体设计为多层均压结构，既可以提高电场分布的均匀性，同时也方便调节电容的大小。

[0027] 4、为了提高沿面击穿电压，设计绝缘薄膜的支撑结构，一方面可大大提高绝缘薄膜的沿面距离，同时提高电负性气体SF6与自由电子碰撞概率，减小沿面闪络概率；另一方面由于峰化电容为多层绝缘薄膜结构，层与层之间会存在静电吸附现象，绝缘支撑结构的存在可以有效减小薄膜之间的吸附，提高绝缘安全。

附图说明

[0028] 图1是实施例的结构剖面图。

[0029] 图2是下电极与环形绝缘支撑板装配示意图。

[0030] 图3是中间电极与环形绝缘支撑板装配示意图。

[0031] 图4是上电极与环形绝缘支撑板装配示意图。

[0032] 附图标记如下：

[0033] 1.电容器底座，2.下电极，3.环形绝缘支撑板，4.中间电极，5.上电极，6.高压屏蔽环，7.连接件，8.连接件屏蔽球，9.绝缘腔体。

具体实施方式

[0034] 下面通过实施例对本发明进一步说明。

[0035] 实施例

[0036] 本发明提供了一种高压兆伏级平板型低电感脉冲电容器，如图1所示，包括绝缘腔体9、设置在绝缘腔体9内的电容器底座1、绝缘薄膜、下电极2、环形绝缘支撑板3、中间电极4、上电极5、高压屏蔽环6、连接件7以及连接件屏蔽球8；

[0037] 具体结构是：

[0038] 电容器底座1固定在绝缘腔体9底部，电容器底座1上表面设置下电极2；下电极2和上电极5之间设置有N个中间电极4以及2N+2个环形绝缘支撑板3；

[0039] 其中,N个中间电极4上套装有介质薄膜袋，且套装介质薄膜袋的间电极真空度为1kpa，抽完真空后充入气压为0.1Mpa的SF6；

[0040] 下电极2上端面的边缘处、上电极下端面的边缘处5以及中间电极4上、下两个端面的边缘处均开设有环形气隙凹槽，且环形气隙凹槽的深度与环形绝缘支撑板3的厚度相同；

[0041] 如图2-4所示，下电极2上端面的环形气隙凹槽以及上电极5下端面的环形气隙凹槽上均卡装一个环形绝缘支撑板3；

[0042] 中间电极4上、下两个端面上均卡装一个环形绝缘支撑板3；

[0043] 下电极2与第一个中间电极之间、每个中间电极之间以及第N个中间电极与上电极之间均设置有绝缘薄膜；

[0044] 上电极5的上表面安装高压屏蔽环6；

[0045] 连接件7的一端穿过高压屏蔽环6后插装在上电极5内，另一端用于固定连接件屏蔽球8。绝缘腔体9内的真空度为100pa，气压为1.6Mpa。

[0046] 需要说明的是，该实施例中，绝缘薄膜、介质薄膜袋均选用15微米双向拉伸表面粗化聚丙烯薄膜，该厚度薄膜击穿场强高。

[0047] 该实施例中，环形绝缘支撑板3选用聚碳酸脂材料，厚度为0.8mm。

[0048] 该实施例中，上电极2、下电极5以及中间电极4的材料均为304不锈钢，厚度为12mm。

[0049] 该实施例中，为了提供使整个电容器的结构更加紧凑，各个零件之间的固定更加可靠，设计更为合理，上述下电极2、中间电极4、上电极5、电容器底座1均内嵌有永磁铁10，下电极与电容器底座之间、各个中间电极之间、上电极与高压屏蔽环之间均为磁铁吸附固定，其中图1中

[0050] 该实施例电容器的安装过程是：

[0051] (1)将电容器底座1置于一平台上；

[0052] (2)将下电极2通过专用工装放置于电容器底座1的中心位置；

[0053] (3)将环形绝缘支撑板3同轴卡装在下电极上端面的环形气隙凹槽上；

[0054] (4)将绝缘薄膜放置在下电极的上端面上；

[0055] (5)将N个中间电极套入介质薄膜袋内，并进行抽真空以及充0.1Mpa SF6处理；

[0056] (6)再在每个中间电极的上、下两个环形气隙凹槽上同轴卡装环形绝缘支撑板3；

[0057] (7)将卡装有环形绝缘支撑板3的中间电极放置在下电极上端面的绝缘薄膜上；

[0058] (8)依次将剩余N-1个经过步骤(5)和(6)处理的中间电极叠放直至将上电极5安装到位，需要注意的是：每个中间电极之间均放置有绝缘薄膜，第N个中间电极与上电极之间也放置有绝缘薄膜。

[0059] (9)将连接件7与高压屏蔽环6一起固定于上电极5，且同心；

[0060] (10)将连接件屏蔽球8安装于连接件7上；

[0061] (11)再将步骤(1)至(10)制作完成的电容器主体放置于绝缘腔体9中，并进行抽真空和充高气压处理，保证真空度为100pa，气压为1.6Mpa，其中绝缘腔体内充入的高压气体为SF6。

[0062] 本发明的说明书已经对发明内容给出了充分的说明，各结构的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本发明思路的改进都属于本发明的权利范围。